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DE69528013T2 - Management system for turbocharger control - Google Patents

Management system for turbocharger control

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DE69528013T2
DE69528013T2 DE69528013T DE69528013T DE69528013T2 DE 69528013 T2 DE69528013 T2 DE 69528013T2 DE 69528013 T DE69528013 T DE 69528013T DE 69528013 T DE69528013 T DE 69528013T DE 69528013 T2 DE69528013 T2 DE 69528013T2
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DE
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engine
bypass valve
turbocharger
exhaust
control system
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DE69528013T
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James A. Davis
Richard J. Kakoczki
Jerrold A. Pratt
Edward O. Reinbold
Michael T. Zimmer
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Dresser LLC
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Abstract

An electronic turbocharger control system for an internal combustion engine is provided to control at least one turbocharger (16) by controlling a bypass valve (40) and a wastegate (44) in response to the engine speed, engine load, ambient temperature, and the operating environment's barometric pressure wherein the turbocharger is controlled to operate within predetermined islands of efficiency on a pressure ratio versus mass airflow map thereby allowing the adaptation of one turbocharger assembly for various applications. The method and apparatus provides improved engine efficiency and increases low speed torque. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbolader-Steuerungs- und Managementsystem zur Maximierung der Effizienz eines Turboladers und eines Verbrennungsmotors.The invention relates to a turbocharger control and management system for maximizing the efficiency of a turbocharger and an internal combustion engine.

Ein Turbolader weist einen Kompressor und eine Turbine auf. Die Turbine treibt den Kompressor mittels Abgasenergie an, die von einem Verbrennungsmotor erzeugt wird. Die Motorabgase treiben ein Turbinenrad in der Turbine des Turboladers an und werden durch ein Auspuffsystem abgeführt. Das Turbinenrad treibt eine Welle an, die mit einem Kompressorrad in dem Kompressor verbunden ist, der die zuvor Atmosphärendruck aufweisende Ansaugluft mit Druck beaufschlagt und diese veranlaßt, typischerweise durch einen Zwischenkühler sowie über ein Drosselventil und in einen Motoransaugkrümmer zu strömen.A turbocharger includes a compressor and a turbine. The turbine drives the compressor using exhaust energy generated by an internal combustion engine. The engine exhaust gases drive a turbine wheel in the turbocharger's turbine and are exhausted through an exhaust system. The turbine wheel drives a shaft connected to a compressor wheel in the compressor, which pressurizes intake air, previously at atmospheric pressure, causing it to flow typically through an intercooler, over a throttle valve, and into an engine intake manifold.

Die Steuerung des Ausgangs des Turboladers zum Erzielen eines gewünschten Motorbetriebs stellt ein schon lange bestehendes Problem dar. Zu viel Ausgangsleistung kann einen ungleichmäßigen Motorbetrieb und eine dauerharte Schädigung von Motorkomponenten verursachen. Zu wenig Ausgangsleistung führt zu Stocken des Motors, Leistungsverlust und ineffizientem Betrieb.Controlling turbocharger output to achieve desired engine operation is a long-standing problem. Too much output can cause erratic engine operation and permanent damage to engine components. Too little output results in engine stalling, loss of power and inefficient operation.

Außerdem haben Änderungen beim Atmosphärendruck, bei der Umgebungstemperatur und der Motordrehzahl einen Einfluß auf den Wirkungsgrad des Turboladers insgesamt, was wiederum einen direkten Einfluß auf das Leistungsvermögen, die Ausgangsleistung und den sparsamen Kraftstoffverbrauch des Motors hat.In addition, changes in atmospheric pressure, ambient temperature and engine speed affect the overall efficiency of the turbocharger, which in turn has a direct impact on the engine's performance, output and fuel economy.

Vor der vorliegenden Erfindung haben einige Turboladersysteme ein mit dem Ausgang des Kompressors verbundenes Bypass-Ventil verwendet, um übermäßigen Druck abzulassen. Typischerweise hat das Bypass-Ventil dieser Systeme des Standes der Technik den Differenzdruck zwischen dem Kompressorauslaß- und - einlaßkanal, d. h. die Druckdifferenz über dem Drosselventil, erfaßt und das Bypass-Ventil geöffnet, um Druck bei einem gegebenen Schwellenwert abzulassen, wobei das Ventil solange offen blieb, bis der Druck unter den Schwellwertpegel abfiel.Prior to the present invention, some turbocharger systems have used a bypass valve connected to the outlet of the compressor to relieve excess pressure. Typically, the bypass valve of these prior art systems sensed the differential pressure between the compressor outlet and inlet ports, i.e., the pressure differential across the throttle valve, and opened the bypass valve to relieve pressure at a given threshold level, with the valve remaining open until the pressure dropped below the threshold level.

Andere Systeme verwendeten ein Abgas-Bypassventil zwischen dem Abgassammferausgang und dem Auspuffsystem, um den Turbolader durch Umlenken der Motorabgasenergie von der Turbine weg zu regulieren. Das Abgas-Bypassventil dieses früheren Systems wurde durch ein Ventil des Typs betätigt, das den Kompressorauslaßdruck erfaßt hat.Other systems used an exhaust bypass valve between the exhaust manifold outlet and the exhaust system to regulate the turbocharger by redirecting the engine exhaust energy away from the turbine. The exhaust bypass valve of this earlier system was actuated by a valve of the type that sensed the compressor discharge pressure.

Da diese Systeme unabhängig arbeiteten und in Abhängigkeit von dem Kompressoraustrittsdruck beide entweder geöffnet oder geschlossen waren, hatte der Turbolader einen sehr begrenzten effizienten Betriebsbereich. Der Bereich war so begrenzt, daß es erforderlich war, unterschiedliche Turbolader-Hardware, d. h. Turbinen- und Kompressorräder, für variierende Höhenwerte im Betrieb und Motorkonfigurationen zu verwenden.Since these systems operated independently and were both either open or closed depending on the compressor discharge pressure, the turbocharger had a very limited efficient operating range. The range was so limited that it was necessary to use different turbocharger hardware, i.e. turbine and compressor wheels, for varying operating altitudes and engine configurations.

Da die Kompressor- und Turbinenräder des Turboladers nicht nur im Hinblick auf die Höhe dimensioniert werden, sondern auch zur Erzielung einer Nenn-Pferdestärkenleistung bei einer gewünschten Geschwindigkeit für jeden speziellen Motor, würden die Leistung und das Ausgangsdrehmoment eines Motors dramatisch abfallen, wenn die Motor bei einer niedrigeren Drehzahl als der Nenn-Drehzahl oder auf einen anderen Höhe betrieben wird, da die Druckerfassungsventile nur von dem Kompressorauslaßdruck abhängig waren und unabhängig von der Motordrehzahl betätigt würden.Since the turbocharger compressor and turbine wheels are sized not only for altitude, but also to achieve a rated horsepower at a desired speed for each specific engine, the power and torque output of an engine would drop dramatically if the engine was operated at a lower than rated speed or at any other altitude, since the pressure sensing valves were dependent only on the compressor discharge pressure and operated regardless of the engine speed.

Zum Beispiel hätte ein Motor mit einer Nennleistung von 190 psi BMEP (Braking Mean Effective Pressure bzw. effektiver mittlerer Arbeitsdruck) bei 1.000 min&supmin;¹ Mühe, einen Druck von 1,3 · 10&sup6; Pa (190 psi) BMEP bei 700 min&supmin;¹ zu erzeugen, und zwar durch die verminderte Ausgangsleistung des Turboladers aufgrund der sinkenden Drehzahl und aufgrund der früher verwendeten mechanischen Druckerfassungs- und -freisetzventile.For example, an engine rated at 190 psi BMEP (Braking Mean Effective Pressure) at 1000 rpm would struggle to produce 1.3 x 106 Pa (190 psi) BMEP at 700 rpm due to the reduced turbocharger output caused by the decreasing speed and the mechanical pressure sensing and release valves previously used.

Typischerweise arbeiten große industrielle Verbrennungsmotoren über lange Perioden und sind in der Lage, Tausende von PS zu erzeugen. Diese Motoren sind dafür ausgelegt, in intermittierender Weise bei 10% über der Nennlast zu arbeiten und werden dazu verwendet, elektrische Energie zu erzeugen, Erdgas und Öl zu pumpen, große Schiffe anzutreiben und vor der Küste gelegene Bohranlagen zu betreiben, usw. Bei solchen Anwendungen ist es wünschenswert, eine maximale Leistung zu erzeugen und/oder ein maximales Drehmoment bei reduzierten Motordrehzahlen aufrechtzuerhalten.Typically, large industrial internal combustion engines operate for long periods and are capable of producing thousands of horsepower. These engines are designed to operate intermittently at 10% above rated load and are used to generate electrical power, pump natural gas and oil, power large ships, operate offshore drilling rigs, etc. In such applications, it is desirable to produce maximum power and/or maintain maximum torque at reduced engine speeds.

Da frühere Turbolader-Steuerungssysteme jedoch einfach eine Funktion abhängig von dem Kompressorauslaßdrucks besaßen, haben die mechanischen Ventile den Druck unabhängig von der Drehzahl des Motors und somit unabhängig von den Bedürfnissen des Motors freigesetzt. Wenn unter solchen Bedingungen die Motordrehzahl reduziert wird, jedoch die Last aufrecht erhalten wird, benötigt der Motor einen nahezu konstanten Ansaugkrümmerdruck, um das Ausgangsdrehmoment aufrecht zu erhalten.However, since previous turbocharger control systems simply functioned in response to compressor discharge pressure, the mechanical valves released pressure regardless of engine speed and therefore independent of engine needs. Under such conditions, when engine speed is reduced but load is maintained, the engine requires a nearly constant intake manifold pressure to maintain output torque.

Unter diesen Bedingungen wäre es wünschenswert, das Bypass-Ventil zum Verändern des gesamten Massenluftstroms einzustellen sowie das Abgas-Bypassventil einzustellen, um mehr Motorabgase zu dem Turbolader zu führen, um dadurch einen nahezu konstanten Ansaugkrümmerdruck zu erzeugen, so daß der Kompressor bei diesen Drehzahl- und Lastbedingungen effizienter arbeitet.Under these conditions, it would be desirable to adjust the bypass valve to change the total mass air flow and adjust the exhaust bypass valve to direct more engine exhaust gases to the turbocharger, thereby producing a nearly constant intake manifold pressure so that the supercharger operates more efficiently at these speed and load conditions.

Ein elektronisches Turbolader-Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen stationären Motor, das einen Turbolader mit einer Turbine und einem Kompressor, ein Bypass-Ventil, das zwischen den Kompressor und die Turbine geschaltet ist, um den Luftstrom durch den Kompressor zu ändern, ein Abgas-Bypassventil, das zwischen den Motor und die Turbine geschaltet ist, um Motorabgase von der Turbine weg umzuleiten, einen Motorkenngrößen-Monitor sowie eine elektronische Steuerung mit einem Prozessor aufweist, ist aus der DE-A-31 29 686 bekannt.An electronic turbocharger control system for an internal combustion engine, in particular for a stationary engine, which comprises a turbocharger with a turbine and a compressor, a bypass valve connected between the compressor and the turbine to change the air flow through the compressor, an exhaust bypass valve connected between the engine and the turbine to divert engine exhaust gases away from the turbine, an engine characteristic monitor and an electronic control with a processor is known from DE-A-31 29 686.

Die vorliegende Erfindung bietet ein einfaches und effektives Verfahren und System zum Aufrechterhalten eines Ausgangsdrehmoments des Motors bei niedrigeren Drehzahlen als bei Nenn-Drehzahlen sowie bei variierenden Umgebungstemperaturen und barometrischen Druckwerten durch Stabilisieren der Turbolader-Ausgangsleistung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eines effizienten Betriebs.The present invention provides a simple and effective method and system for maintaining engine torque output at lower than rated speeds and at varying ambient temperatures and barometric pressures by stabilizing turbocharger output within a predetermined range of efficient operation.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines elektronischen Turbolader-Steuerungssystems, das ein Abgas-Bypassventil und ein Bypass-Ventil aufweist, bei dem die Notwendigkeit zur Anpassung von einzelnen Kompressor- und Turbinenrädern eines Turboladers für jede spezielle Motorkonfiguration und -anwendung eliminiert ist.Another object of the present invention is to provide an electronic turbocharger control system having an exhaust bypass valve and a bypass valve that eliminates the need to customize individual compressor and turbine wheels of a turbocharger for each specific engine configuration and application.

Dieser spezielle Aspekt der Erfindung gestattet einem Hersteller die Verwendung eines einzigen Satzes von Turbolader-Hardware für verschiedene Motoranwendungen. Zum Beispiel waren vor der vorliegenden Erfindung bis zu 13 verschiedene Turbolader-Räder erforderlich, um einen Höhenbereich von 0 bis 7000 Fuß über Meereshöhe in angemessener Weise abzudecken. Mit der vorliegenden Erfindung kann ein einziger Satz von Turbolader-Hardware in allen Höhen in diesem gewünschten Bereich verwendet werden.This particular aspect of the invention allows a manufacturer to use a single set of turbocharger hardware for various engine applications. For example, prior to the present invention, up to 13 different turbocharger wheels were required to adequately cover an altitude range of 0 to 7000 feet above sea level. With the present invention, a single set of turbocharger hardware can be used at all altitudes in this desired range.

Weitere wirtschaftliche Vorteile erhält man nicht nur durch die geringen Kosten der elektronischen Steuerung gegenüber den hohen Kosten für die Kompressor- und Turbinenräder, sondern auch durch die Eliminierung einer Lagerhaltung und der Notwendigkeit von speziell angefertigten Rädern für Spezialanwendungen. Die Zufriedenheit der Kunden läßt sich auch durch Eliminierung von langen Beschaffungs-Vorlaufzeiten für Austauschkomponenten stark verbessern.Further economic benefits are gained not only from the low cost of the electronic control compared to the high cost of the compressor and turbine wheels, but also from the elimination of inventory and the need for custom-built wheels for special applications. Customer satisfaction can also be greatly improved by eliminating long procurement lead times for replacement components.

Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines konstanten Drehmoments bei sich ändernden Motordrehzahlen, die einer Bedienungsperson die Erzielung von zusätzlicher Last bei reduzierten Motordrehzahlen ermöglicht, so daß sich die Brennstoffersparnis steigern läßt.Another aspect of the present invention is to provide a constant torque at varying engine speeds, which allows an operator to obtain additional load at reduced engine speeds, thus increasing fuel economy.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung besteht in der Schaffung von maximaler Leistung über einen Bereich von Motordrehzahlen, während der Turbolader weiterhin in seinem effizientesten Betriebsbereich gehalten wird.Another aspect of the invention is to provide maximum power over a range of engine speeds while still maintaining the turbocharger in its most efficient operating range.

Noch ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Steuerungssystems, das den Turbolader-Wirkungsgrand innerhalb eines gewünschten Bereichs des Druckverhältnisses gegenüber den Massenluftströmungsraten hält.Yet another aspect of the invention is to provide a control system that maintains turbocharger efficiency within a desired range of pressure ratio versus mass air flow rates.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems;Fig. 1 is a schematic representation of a system according to the invention;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems;Fig. 2 is a schematic representation of a control system according to the invention;

Fig. 3 eine typische graphische Darstellung eines Verhältnisses des Kompressorauslaßdrucks über dem barometrischen Druck gegenüber dem Massenluftstrom eines Turbolader-Kompressors;Fig. 3 is a typical graphical representation of a ratio of compressor discharge pressure versus barometric pressure versus mass air flow of a turbocharger compressor;

Fig. 4 eine typische graphische Darstellung der Bypass-Ventilposition gegenüber dem Ansaugkrümmerdruck;Fig. 4 is a typical plot of bypass valve position versus intake manifold pressure;

Fig. 5 eine typische graphische Darstellung der Abgas-Bypassventilposition gegenüber dem Ansaugkrümmerdruck;Fig. 5 is a typical graph of exhaust bypass valve position versus intake manifold pressure;

Fig. 6 eine typische graphische Darstellung der Drosselwinkelposition gegenüber dem effektiven mittleren Arbeitsdruck.Fig. 6 is a typical graphical representation of the throttle angle position versus the effective mean working pressure.

Ausführliche Beschreibung des bevorzugten AusführungsbeispielsDetailed description of the preferred embodiment

Wie in Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, weist ein Motor 10 einen Ansaugkrümmer 12 und einen Abgassammler 14 auf, die funktionsmäßig mit einem Turbolader 16 verbunden sind. Der Turbolader 16 besitzt einen Kompressor 18 und eine Turbine 20. Der Eingang des Kompressors 18 ist mit einer Luftreinigungseinrichtung (nicht gezeigt) mit einen Luftansaugkanal 28 verbunden. Die Luftreinigungseinrichtung filtert Ansaugluft auf atmosphärischem/barometrischem Druck, die unter einem teilweisen Unterdruck, der durch ein Kompressorrad 30 in dem Kompressor 18 erzeugt wird, durch den Luftansaugkanal 28 in den Kompressor 18 angesaugt wird.As shown in Fig. 1, according to the present invention, an engine 10 includes an intake manifold 12 and an exhaust manifold 14 operatively connected to a turbocharger 16. The turbocharger 16 has a compressor 18 and a turbine 20. The inlet of the compressor 18 is connected to an air cleaner (not shown) having an air intake passage 28. The air cleaner filters intake air to atmospheric/barometric pressure that is drawn into the compressor 18 through the air intake passage 28 under a partial vacuum created by a compressor wheel 30 in the compressor 18.

Das Kompressorrad 30 wird von einer Welle 32 angetrieben, die von einem Turbinenrad 34 in der Turbine 20 angetrieben wird. Das Turbinenrad 34 wird von Motorabgasen angetrieben, die der Turbine 20 durch einen Motorabgaskanal 36 zugeführt werden, der mit dem Abgassammler 14 des Motors 10 verbunden ist.The compressor wheel 30 is driven by a shaft 32 which is driven by a turbine wheel 34 in the turbine 20. The turbine wheel 34 is driven by engine exhaust gases supplied to the turbine 20 through an engine exhaust passage 36 which is connected to the exhaust manifold 14 of the engine 10.

Der Ausgang des Kompressors 18 ist mit einem Zwischenkühler 22 durch einen Kompressor-Austrittskanal 24 verbunden. Das Kompressorrad 30 komprimiert die Ansaugluft und veranlaßt diese, durch den Kompressor-Austrittskanal 24 zu dem Zwischenkühler 22 zu strömen, der als Wärmetauscher wirkt, der überschüssige Wärme aus der Turboladungs-Ansaugluft entfernt, wie dies allgemein bekannt ist.The output of the compressor 18 is connected to an intercooler 22 through a compressor discharge passage 24. The compressor wheel 30 compresses the intake air and causes it to flow through the compressor discharge passage 24 to the intercooler 22, which acts as a heat exchanger removing excess heat from the turbocharged intake air, as is well known.

Die Turboladungs-Ansaugluft wird dann zu einer Drossel 38, dem Ansaugkrümmer 12 und zu dem Motor 10 geführt. Die Drossel 38 erzeugt in Abhängigkeit von ihrer Stellung ein Druckdifferential, so daß der in die Drossel hinein geführte Luftdruck den Kompressorauslaßdruck aufweist und der aus der Drossel heraus geführte Luftdruck den Ansaugkrümmerdruck aufweist.The turbocharged intake air is then directed to a throttle 38, the intake manifold 12 and to the engine 10. The throttle 38 creates a pressure differential depending on its position such that the air pressure entering the throttle is the compressor discharge pressure and the air pressure exiting the throttle is the intake manifold pressure.

Ein Bypass-Ventil 40 in einem Bypass-Kanal 42 verbindet den Kompressor-Austrittskanal 24 und den Motorabgaskanal 36, um funktionsmäßig Druck in dem Kompressor-Austrittskanal 24 freizusetzen und den Luftstrom durch den Kompressor 18 zu erhöhen, indem der Luftstrom durch den Bypass-Kanal 42 reguliert wird.A bypass valve 40 in a bypass passage 42 connects the compressor exhaust passage 24 and the engine exhaust passage 36 to operatively release pressure in the compressor exhaust passage 24 and increase airflow through the compressor 18 by regulating airflow through the bypass passage 42.

Ein Abgas-Bypassventil 44 in einem Austrittskanal 45 verbindet den Motorabgaskanal 36 und einen Abgasaustrittskanal 46, um Motorabgase funktionsmäßig in den Abgaskanal 36 umzuleiten, um dadurch den Abgas-Massenluftstrom zu der Turbine 20 zu vermindern, so daß der von dem Kompressor 18 erzeugte Kompressorauslaßdruck vermindert wird, indem die Menge der Motorabgase durch den Austrittskanal 45 reguliert wird.An exhaust bypass valve 44 in an exhaust passage 45 connects the engine exhaust passage 36 and an exhaust outlet passage 46 to operatively divert engine exhaust gases into the exhaust passage 36 to thereby reduce the exhaust mass air flow to the turbine 20 so that the compressor discharge pressure generated by the compressor 18 is reduced by regulating the amount of engine exhaust gases through the exhaust passage 45.

Ein Turbolader-Steuerungsmodul 48, Fig. 2, besitzt einen Prozessor 50 und einen Speicher 52. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Speicher 52 um einen elektrisch löschbaren und programmierbaren Festspeicher (EEPROM), in dem die darin programmierten Parameter vor Ort verändert und eingestellt werden können. Der Turbolader-Steuerungsmodul 48 weist eine Vielzahl von Motorkenngrößensignaleingängen auf, nämlich ein Ansaugkrümmerdrucksignal 54, ein Motordrehzahlsignal 56 und ein Umgebungstemperatursignal 58.A turbocharger control module 48, Fig. 2, has a processor 50 and a memory 52. In the preferred embodiment, the memory 52 is an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) in which the parameters programmed therein can be changed and adjusted in the field. The turbocharger control module 48 has a plurality of engine characteristic signal inputs, namely an intake manifold pressure signal 54, an engine speed signal 56 and an ambient temperature signal 58.

Die Signale werden von einer Vielzahl von Motorkenngrößen-Monitoren erzeugt, nämlich einem Ansaugkrümmerdruck-Monitor 60 zum Erfassen der Motorlast, einem Motordrehzahl-Monitor 62 zum Erfassen der Motordrehzahl und einem Umgebungstemperatur-Monitor 64 zum Erfassen der externen Temperatur. Die Signale 54, 56 und 58 werden in den Modul 48 in analoger Form eingespeist und durch einen Analog-Digital-(A/D-)Wandler 51 in digitale Form umgewandelt.The signals are generated by a variety of engine characteristic monitors, namely, an intake manifold pressure monitor 60 for sensing engine load, an engine speed monitor 62 for sensing engine speed, and an ambient temperature monitor 64 for sensing external temperature. The signals 54, 56 and 58 are fed to the module 48 in analog form and are converted to digital form by an analog-to-digital (A/D) converter 51.

Der Prozessor 50 des Turbolader-Steuerungsmoduls 48 verarbeitet die Kenngrößensignale durch Auswählen von vorbestimmten Werten aus dem Speicher 52 für das Bypass-Steuersignal 66 und das Abgas-Bypassventil-Steuersignal 68 auf der Basis der Werte der Kenngrößensignale und eines zuvor programmierten barometrischen Drucks. Ein Digital-Analog-(D/A-)Wandler 53 wandelt das von dem Prozessor 50 erzeugte digitale Signal in analoge Signale 66 und 68 in dem Modul 48 um.The processor 50 of the turbocharger control module 48 processes the characteristic signals by selecting predetermined values from the memory 52 for the bypass control signal 66 and the exhaust bypass valve control signal 68 based on the values of the characteristic signals and a previously programmed barometric pressure. A digital-to-analog (D/A) converter 53 converts the digital signal generated by the processor 50 into analog signals 66 and 68 in the module 48.

Das Bypass-Steuerungsbetätigungsorgan 70 erfaßt das Bypass-Steuersignal 66 und spricht durch Drehen der Welle 72 darauf an, so daß die winkelmäßige Position des Bypass-Ventils 40 verändert wird. In ähnlicher Weise erfaßt das Abgas- Bypassventil-Steuerungsbetätigungsorgan 74 das Abgas-Bypassventil-Steuersignal 68 und dreht die Welle 76, um die winkelmäßige Position des Abgas- Bypassventils 44 zu ändern.The bypass control actuator 70 senses the bypass control signal 66 and responds by rotating the shaft 72 to change the angular position of the bypass valve 40. Similarly, the exhaust bypass valve control actuator 74 senses the exhaust bypass valve control signal 68 and rotates the shaft 76 to change the angular position of the exhaust bypass valve 44.

Das Bypass-Steuerungsbetätigungsorgan 70 und das Abgas-Bypassventil-Steuerungsbetätigungsorgan 74 sind elektromechanische Steuerungen, die einen Gleichstrom-Motor und einen Antriebsgetriebezug (nicht gezeigt) aufweisen, die allgemein bekannt sind. Die Betätigungsorgane 70 und 74 weisen jeweils ein Potentiometer (nicht gezeigt) auf, um die Position der Wellen 72 und 76 zu erfassen sowie ein Bypass-Positionsrückkopplungssignal 78 bzw. ein Abgas-Bypassventil-Positionsrückkopplungssignal 80 zu erzeugen.The bypass control actuator 70 and the exhaust bypass valve control actuator 74 are electromechanical controls that include a DC motor and drive gear train (not shown) that are well known. The actuators 70 and 74 each include a potentiometer (not shown) to sense the position of the shafts 72 and 76 and to generate a bypass position feedback signal 78 and an exhaust bypass valve position feedback signal 80, respectively.

Der Turbolader-Steuerungsmodul 48 erfaßt die Positionsrückkopplungssignale 78 und 80, wandelt die Signale in dem A/D-Wandler 51 in digitale Signale um, vergleicht die digitalen Signale mit den zuvor bestimmten Sollpositionen des Bypass- Ventils 40 und des Abgas-Bypassventils 44, erzeugt überarbeitete Steuersignale, wandelt die digitalen Signale in dem D/A-Wandler 53 in analoge Signale um und spricht mit einem geeigneten Bypass-Steuersignal 66 und Abgas-Bypassventil- Steuersignal 68 an, um das Bypass-Ventil 40 und das Abgas-Bypassventil 44 auf die gewünschten Positionen einzustellen.The turbocharger control module 48 senses the position feedback signals 78 and 80, converts the signals to digital signals in the A/D converter 51, compares the digital signals to the previously determined desired positions of the bypass valve 40 and the exhaust bypass valve 44, generates revised control signals, converts the digital signals to analog signals in the D/A converter 53, and responds with an appropriate bypass control signal 66 and exhaust bypass valve control signal 68 to adjust the bypass valve 40 and the exhaust bypass valve 44 to the desired positions.

Der Speicher 52 des Turbolader-Steuerungsmoduls 48 ist mit Sätzen von vorbestimmten Parametern vorher programmiert, die gewünschte Einstellungen für das Bypass-Ventil 40 und das Abgas-Bypassventil 44 wiedergeben. Jeder Satz von Parametern basiert auf Motorkenngrößensignalen 54, 56, 58 und einem barometrischen Druck des Betriebssystems, der für eine gegebene Höhe bestimmt ist.The memory 52 of the turbocharger control module 48 is pre-programmed with sets of predetermined parameters reflecting desired settings for the bypass valve 40 and the exhaust bypass valve 44. Each set of parameters is based on engine characteristic signals 54, 56, 58 and an operating system barometric pressure determined for a given altitude.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel verwendet drei Sätze von Parametern, die auf der Höhe basieren, und zwar einen für 0-900 m (0-3.000 Fuß), einen für 900 bis 1.500 m (3.000-5.000 Fuß) und einen für 1.500-2.100 m (5.000- 7.000 Fuß); jedoch liegt es im Rahmen der Erfindung, die Anzahl von Sätzen sowie auch die Bereiche innerhalb jedes Satzes zu variieren.The present embodiment uses three sets of parameters based on altitude, one for 0-900 m (0-3,000 ft), one for 900 to 1,500 m (3,000-5,000 ft), and one for 1,500 to 2,100 m (5,000-7,000 ft); however, it is within the scope of the invention to vary the number of sets as well as the ranges within each set.

Eine RS-232-Schnittstelle 82 schafft eine Service-Schnittstelle zum Verbinden eines Computers mit dem Turbolader-Steuerungsmodul 48, wie dies allgemein bekannt ist, um eine anfängliche Programmierung und eine Neuprogrammierung auszuführen und um Fehler in dem Modul zu diagnostizieren.An RS-232 interface 82 provides a service interface for connecting a computer to the turbocharger control module 48, as is well known, to perform initial programming and reprogramming, and to diagnose faults in the module.

Das Turbolader-Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung wird bei großen, industriellen Verbrennungsmotoren verwendet, die typischerweise an stationären, unbeweglichen Montageorten installiert sind. Während der anfänglichen Einrichtung einer Fabrik wird somit der barometrische Druck auf einer absoluten Basis kalibriert, und wenn später die Höhe des Montageorts bestimmt ist, wird der Turbolader-Steuerungsmodul über die RS-232-Schnittstelle 82 von einem Monitor 100 für barometrischen Druck programmiert, um den Prozessor 50 für das Auswählen des korrekten Satzes von vorprogrammierten Parametern aus dem Speicher 52 entsprechend dem barometrischen Druck der Arbeitsumgebung des Motors zu programmieren.The turbocharger control system of the present invention is used on large, industrial internal combustion engines that are typically installed at stationary, immobile assembly sites. Thus, during the initial set-up of a factory, the barometric pressure is calibrated on an absolute basis, and later, when the assembly site elevation is determined, the turbocharger control module is programmed via the RS-232 interface 82 from a barometric pressure monitor 100 to program the processor 50 to select the correct set of pre-programmed parameters from the memory 52 corresponding to the barometric pressure of the engine's working environment.

Auf diese Weise kann der Turbolader 16, Fig. 1, derart gesteuert werden, daß er innerhalb der bevorzugten Betriebsbereiche arbeitet, die in Fig. 3 als nierenförmige Kurven 102, 104, 106 und 108 dargestellt sind, die auch als Wirkungsgradinseln bekannt sind.In this way, the turbocharger 16, Fig. 1, can be controlled to operate within the preferred operating regions shown in Fig. 3 as kidney-shaped curves 102, 104, 106 and 108, also known as efficiency islands.

Fig. 3 zeigt das Verhältnis des Kompressorauslaßdrucks über dem barometrischen Druck gegenüber dem Massenlurtstrom durch den Turbolader-Kompressor. Eine optimale Ausgangsleistung des Turbolader-Kompressors wird erzielt, wenn der Massenluftstrom und das Druckverhältnis innerhalb der Wirkungsgradinseln 102, 104, 106 und 108 zentriert bzw. enthalten sind.Fig. 3 shows the ratio of compressor discharge pressure versus barometric pressure versus mass air flow through the turbocharger compressor. Optimum turbocharger compressor output is achieved when the mass air flow and pressure ratio are centered or contained within efficiency islands 102, 104, 106 and 108.

Beim Testen bei verschiedenen Motordrehzahlen und -lasten hat sich herausgestellt, daß durch Öffnen des Abgas-Bypassventils 44, Fig. 1, das Druckverhältnis der vertikalen Achse vermindert wird, wie dies durch Abgas-Bypasslinien 110 in Fig. 3 gezeigt ist, während ein Öffnen des Bypass-Ventils 40, Fig. 1, den Mas senluftstrom der horizontalen Achse erhöht, wobei dies jedoch auch das Druckverhältnis der vertikalen Achse verändern kann, wie dies in Fig. 3 durch Bypass- Kurven 112 gezeigt ist.When tested at various engine speeds and loads, it has been found that opening the exhaust bypass valve 44, Fig. 1, reduces the pressure ratio of the vertical axis as shown by exhaust bypass lines 110 in Fig. 3, while opening the bypass valve 40, Fig. 1, increases the pressure sensing air flow of the horizontal axis is increased, but this may also change the pressure ratio of the vertical axis, as shown in Fig. 3 by bypass curves 112.

Durch Testen des Systems bei verschiedenen Motordrehzahlen und -lasten können eine optimale winkelmäßige Position des Abgas-Bypassventils 44, Fig. 1, und eine optimale winkelmäßige Position des Bypass-Ventils 40 bestimmt werden, um den Kompressorauslaßdruck und den Massenluftstrom innerhalb der Wirkungsgradinseln 102, 104, 106 und 108, Fig. 3, zu steuern.By testing the system at various engine speeds and loads, an optimal angular position of the exhaust bypass valve 44, Fig. 1, and an optimal angular position of the bypass valve 40 can be determined to control the compressor discharge pressure and mass airflow within the efficiency islands 102, 104, 106 and 108, Fig. 3.

Der Prozessor 50, Fig. 2, des Turbolader-Steuerungsmoduls 48 verarbeitet die digitale Form des Ansaugkrümmerdrucksignals 54, des Motordrehzahlsignals 56 und des ümgebungstemperatursignals 58, und da er für den barometrischen Druck der Umgebung des Betriebssystems vorprogrammiert ist, greift er auf eine Nachschlagtabelle in dem Speicher 52 zu und erzeugt ein Bypass-Steuersignal 66 und ein Abgas-Bypassventil-Steuersignal 68, wie dies vorstehend erläutert wurde, die das Bypass-Ventil 40 und das Abgas-Bypassventil 44 in voneinander unabhängiger Weise auf die gewünschten Positionen steuern, um den Betrieb innerhalb der Wirkungsgradinseln 102, 104, 106 und 108 gemäß Fig. 3 aufrecht zu erhalten.The processor 50, Fig. 2, of the turbocharger control module 48 processes the digital form of the intake manifold pressure signal 54, the engine speed signal 56, and the ambient temperature signal 58, and since it is pre-programmed for the barometric pressure of the operating system's environment, it accesses a look-up table in the memory 52 and generates a bypass control signal 66 and an exhaust bypass valve control signal 68, as previously discussed, which independently control the bypass valve 40 and the exhaust bypass valve 44 to the desired positions to maintain operation within the efficiency islands 102, 104, 106 and 108 of Fig. 3.

Das in Fig. 1 dargestellte Bypass-Ventil 40 erfüllt zwei Funktionen. Da während der Motoranfahrphase der Motorabgasdruck in dem Motorabgaskanal 36 höher ist als der Kompressorauslaußdruck in dem Kanal 24, wird zum einen das Bypass- Ventil 40 geschlossen, um eine Passage der Motorabgase in den Kompressor- Austrittskanal 24 zu verhindern. Zweitens reguliert das Bypass-Ventil 40 den Kompressorauslaßdruck und den Massenluftstrom, sobald der Motor bei einer Mindest-Leerlaufdrehzahl läuft, die typischerweise 650 bis 750 min&supmin;¹ beträgt.The bypass valve 40 shown in Fig. 1 serves two functions. First, since during the engine start-up phase the engine exhaust pressure in the engine exhaust passage 36 is higher than the compressor outlet pressure in the passage 24, the bypass valve 40 is closed to prevent passage of the engine exhaust gases into the compressor outlet passage 24. Second, the bypass valve 40 regulates the compressor outlet pressure and the mass air flow once the engine is running at a minimum idle speed, which is typically 650 to 750 rpm.

Sobald die Mindest-Leerlaufdrehzahl des Motors erreicht ist, wird das Bypass- Ventil 40 über einen Bereich von effektiven Bypass-Ventilwinkeln geregelt. Obwohl das Testen in Fig. 3 in einem Bereich von 0º bis 80º durchgeführt wurde, zeigt Fig. 4, daß die effektiven Winkel zwischen 0º und 40º liegen. Fig. 4 zeigt einen typischen Graphen des Bypass-Ventilwinkels gegenüber dem Ansaugkrümmerdruck für verschiedene Motordrehzahlen.Once the minimum engine idle speed is reached, the bypass valve 40 is controlled over a range of effective bypass valve angles. Although the testing in Fig. 3 was conducted over a range of 0º to 80º, Fig. 4 shows that the effective angles are between 0º and 40º. Fig. 4 shows a typical graph of bypass valve angle versus intake manifold pressure for various engine speeds.

Wie gezeigt, wird das Bypass-Ventil 40 der Fig. 1 geschlossen gehalten, bis ein minimaler Ansaugkrümmerdruck erreicht ist. Sobald der minimale Ansaugkrümmerdruck erreicht ist, der im vorliegenden Fall 10&sup5; Pa (30 Inch Quecksilbersäule) beträgt, wird das Bypass-Ventil 40 in Abhängigkeit von den Motorkenngrößensignalen auf einen vorbestimmten Winkel gesetzt.As shown, the bypass valve 40 of Figure 1 is held closed until a minimum intake manifold pressure is reached. Once the minimum intake manifold pressure is reached, which in this case is 10⁵ Pa (30 inches of mercury), the bypass valve 40 is set to a predetermined angle in response to the engine characteristic signals.

Ähnlich dem Bypass-Ventil 40 wurde auch das Abgas-Bypassventil 44 in dem Bereich von 0º bis 80º in Fig. 3 getestet; Fig. 5 zeigt jedoch, daß die effektiven Winkel zwischen 0º und 35º liegen. Fig. 5 zeigt eine typische graphische Darstellung des Abgas-Bypassventilwinkels gegenüber dem Ansaugkrümmerdruck für verschiedene Motordrehzahlen. In seinem geschlossenen Zustand veranlaßt das Abgas-Bypassventil 44 der Fig. 1, daß nahezu die gesamten Motorabgase in die Turbine 20 hinein strömen und aus der Abgasaustrittsleitung 46 heraus strömen.Similar to bypass valve 40, exhaust bypass valve 44 was tested in the range of 0º to 80º in Fig. 3; however, Fig. 5 shows that the effective angles are between 0º and 35º. Fig. 5 shows a typical plot of exhaust bypass valve angle versus intake manifold pressure for various engine speeds. In its closed state, exhaust bypass valve 44 of Fig. 1 causes nearly all of the engine exhaust gases to flow into turbine 20 and out exhaust outlet conduit 46.

Das Abgas-Baypassventil 44 ist zum Beispiel während des anfänglichen Anfahrens des Motors geschlossen, um die gesamten Motorabgase durch die Turbine 20 zu führen, um das Turbinenrad 34 anzutreiben, das die Welle 32 und das Kompressorrad 30 antreibt, bis der Ansaugkrümmerdruck ein Mindestniveau erreicht, wie dies in Fig. 3 mit einem Druckverhältnis zwischen 1,25 und 1,4 angegeben ist. Typische effektive Winkeleinstellungen für das Abgas-Bypassventil sind in Fig. 5 für Motordrehzahlen im Bereich von 750 bis 1100 min&supmin;¹ bei einer beispielhaften Höhe von 650 Fuß über Meereshöhe und einer Umgebungstemperatur von 37ºC (90ºF) gezeigt.For example, the exhaust bypass valve 44 is closed during initial engine startup to direct all engine exhaust gases through the turbine 20 to drive the turbine wheel 34, which drives the shaft 32 and the compressor wheel 30, until the intake manifold pressure reaches a minimum level, as indicated in Fig. 3 with a pressure ratio between 1.25 and 1.4. Typical effective angle settings for the exhaust bypass valve are shown in Fig. 5 for engine speeds in the range of 750 to 1100 rpm at an exemplary altitude of 650 feet above sea level and an ambient temperature of 37°C (90°F).

Fig. 5 veranschaulicht, wie die Erfindung den gewünschten konstanten Ansaugkrümmerdruck erreicht, wenn die Motordrehzahl aufgrund von Änderungen des Abgas-Bypassventilwinkels abfällt, wobei dies zu einem nahezu konstanten Ansaugkrümmerdruck führt, wie dies beispielsweise bei den Datenpunkten 122, 124, 126, 128, 130 und 132 dargestellt ist. Durch Aufrechterhalten eines im wesentlichen konstanten Ansaugkrümmerdrucks, wie dargestellt, wird ein im wesentlichen konstantes Ausgangsdrehmoment erzielt.Figure 5 illustrates how the invention achieves the desired constant intake manifold pressure as engine speed drops due to changes in exhaust bypass valve angle, resulting in a nearly constant intake manifold pressure, such as shown at data points 122, 124, 126, 128, 130 and 132. By maintaining a substantially constant intake manifold pressure as shown, a substantially constant output torque is achieved.

Funktionsmäßig bewirkt das Abgas-Bypassventil 44 gemäß Fig. 1 ein Umleiten von zunehmenden Teilen bzw. Mengen der Motorabgase zu dem Abgasaustrittskanal 46 sowie ein Leiten derselben bei steigendem Winkel des Abgas-Bypassventils weg von der Turbine 20, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, so daß die Drehzahl des Turbinenrads 34, der Welle 32 und des Kompressorrads 30 gemäß Fig. 1 begrenzt wird, um den Kompressorauslaßdruck zu steuern, wie dies durch die Abgas-Bypassventillinien 110 in Fig. 3 dargestellt ist.Functionally, the exhaust bypass valve 44 of Fig. 1 causes increasing portions or amounts of the engine exhaust gases to be diverted to the exhaust outlet channel 46 and to be directed away from the turbine 20 as the angle of the exhaust bypass valve increases, as shown in Fig. 5, so that the speed of the turbine wheel 34, the shaft 32 and the compressor wheel 30 according to Fig. 1 limited to control the compressor discharge pressure as shown by the exhaust bypass valve lines 110 in Fig. 3.

Die in Fig. 4 gezeigten Winkel des Bypass-Ventils 40 und die in Fig. 5 gezeigten Winkel des Abgas-Bypassventils 44 dienen lediglich der Erläuterung und können in Abhängigkeit von der Systemkonfiguration variieren. Zum Beispiel ermöglicht eine in dem Bypass-Kanals 42 und/oder dem Abgas-Bypassventil-Kanal 45 plazierte Öffnung 41, 43 gemäß Fig. 1 einen vollständigeren Bereich der effektiven Winkel des Abgas-Bypassventils und/oder des Bypass-Ventils und somit eine Verminderung von jeglichen Fehlern, die aus mechanischen Verbindungsglied- Toleranzen resultieren.The angles of the bypass valve 40 shown in Fig. 4 and the angles of the exhaust bypass valve 44 shown in Fig. 5 are for illustrative purposes only and may vary depending on the system configuration. For example, an orifice 41, 43 placed in the bypass passage 42 and/or the exhaust bypass valve passage 45 as shown in Fig. 1 allows for a fuller range of effective angles of the exhaust bypass valve and/or the bypass valve and thus reduces any errors resulting from mechanical link tolerances.

Ferner wird durch die Verwendung von unterschiedlichen Öffnungsgrößen die Verwendung des gleichen Abgas-Bypassventils und/oder Bypass-Ventils bei unterschiedlichen Motoren und Anwendungen ermöglicht, so daß die Lagerhaltung weiter reduziert wird und lange Beschaffungsvorlaufzeiten für Austauschvorgänge eliminiert werden.Furthermore, the use of different orifice sizes enables the use of the same exhaust bypass valve and/or bypass valve on different engines and applications, further reducing inventory and eliminating long procurement lead times for replacements.

Durch Öffnen des Bypass-Ventils 40 der Fig. 1 wird der Massenluftstrom durch den Kompressor 18 des Turboladers 16 erhöht, wie dies durch die Bypass-Kurven 112 der Fig. 3 dargestellt wird, indem ein zusätzlicher Weg für den Kompressor- Luftstrom vorhanden ist, um den Luftstrom in den Motorabgaskanal 36 der Fig. 1 zu leiten. Durch Öffnen des Abgas-Bypassventils 44 wird der Kompressorauslaßdruck vermindert, indem die Motorabgase von der Turbine 20 weg geführt werden und direkt zu dem Abgasaustrittskanal 46 geführt werden.By opening the bypass valve 40 of Fig. 1, the mass air flow through the compressor 18 of the turbocharger 16 is increased, as shown by the bypass curves 112 of Fig. 3, by providing an additional path for the compressor air flow to direct the air flow into the engine exhaust passage 36 of Fig. 1. By opening the exhaust bypass valve 44, the compressor outlet pressure is reduced by directing the engine exhaust gases away from the turbine 20 and directly to the exhaust outlet passage 46.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist und vorstehend beschrieben worden ist, kann durch gleichzeitiges Einstellen der winkelmäßigen Position des Bypass-Ventils 40 der Fig. 1 sowie des Abgas-Bypassventils 44 der Turbolader 16 derart gesteuert werden, daß er innerhalb der nierenförmigen Wirkungsgradinseln 102, 104, 106 und 108 gemäß Fig. 3 arbeitet.As shown in Fig. 3 and described above, by simultaneously adjusting the angular position of the bypass valve 40 of Fig. 1 and the exhaust bypass valve 44, the turbocharger 16 can be controlled to operate within the kidney-shaped efficiency islands 102, 104, 106 and 108 of Fig. 3.

Die Wirkungsgradinseln 102, 104, 106 und 108 sind übliche Kenngrößenmerkmale von Zentrifugal-Kompressoren - wobei es sich um den bei Turboladern verwendeten Typ handelt-, wobei ein Betrieb im Zentrum der Inseln den maximalen Kompressor-Wirkungsgrad ergibt. Es ist auch bekannt, daß ein Betrieb in der Nähe der Spitzenwertlinie 84 der Fig. 3 Druckwellen wischen dem Turbolader 16 der Fig. 1 und dem Motor 10 hervorrufen kann, was zu einem instabilen Betrieb führt, der Motorschäden verursachen kann.The efficiency islands 102, 104, 106 and 108 are common characteristics of centrifugal compressors - the type used in turbochargers - with operation in the center of the islands giving maximum compressor efficiency. It is also known that operation near the peak line 84 of Fig. 3 produces pressure waves between the turbocharger 16 Fig. 1 and the engine 10, resulting in unstable operation which may cause engine damage.

Aus diesem Grund wird ein leichter Sicherheitsfaktor in den vorbestimmten Parameter eingebaut, so daß der Betrieb geringfügig rechts vom Zentrum der Inseln 102, 104, 106 und 108 der Fig. 3 stattfindet.For this reason, a slight safety factor is built into the predetermined parameter so that operation occurs slightly to the right of the center of the islands 102, 104, 106 and 108 of Fig. 3.

Bei Doppelreihen-Motorenkonfigurationen (d. h. V-6, V-8, V-10, V-12, V-16, ...) können zwei Turbolader 16 gemäß Fig. 1 verwendet werden, um turbogeladene Luft durch den Zwischenkühler 22 zu dem Motor 10 zu führen. Bei einer solchen Anordnung können ein größeres Bypass-Ventil 40 und ein größeres Abgas- Bypassventil 44 verwendet werden.In dual bank engine configurations (i.e., V-6, V-8, V-10, V-12, V-16, ...), two turbochargers 16 may be used as shown in Figure 1 to direct turbocharged air through the intercooler 22 to the engine 10. In such an arrangement, a larger bypass valve 40 and a larger exhaust bypass valve 44 may be used.

Bei der vorliegenden Erfindung sind jedoch zwei Bypass-Ventile 40 und zwei Abgas-Bypassventile 44 jeweils in der in Fig. 1 gezeigten Weise angeordnet und an dem Zwischenkühler 22 zusammengeführt. Ein einziger Steuerungsmodul 48 gemäß Fig. 2 arbeitet in der vorstehend beschriebenen Weise bei der Steuerung von beiden Bypass-Ventilen 40 mit einem einzigen Bypass-Steuerungsbetätigungsorgan 70 und von beiden Abgas-Bypassventilen 44 mit einem einzigen Abgas-Bypassventil-Steuerungsbetätigungsorgan 74.However, in the present invention, two bypass valves 40 and two exhaust bypass valves 44 are each arranged in the manner shown in Fig. 1 and combined at the intercooler 22. A single control module 48 according to Fig. 2 operates in the manner described above in controlling both bypass valves 40 with a single bypass control actuator 70 and both exhaust bypass valves 44 with a single exhaust bypass valve control actuator 74.

Das Mehrfach-Turboladersystem arbeitet identisch mit dem Einfach-Turboladersystem, mit der Ausnahme, daß die mechanischen Toleranzen zwischen den beiden Kompressorrädern und den beiden Turbinenrädern berücksichtigt werden müssen.The multiple turbocharger system operates identically to the single turbocharger system, with the exception that the mechanical tolerances between the two compressor wheels and the two turbine wheels must be taken into account.

Zum Kompensieren von solchen zusätzlichen Toleranzen ist es bevorzugt, die Turbolader weiter rechts von dem Zentrum der Wirkungsgradinseln 102, 104, 106 und 108 gemäß Fig. 3 zu betreiben, um ein Berühren der Spitzenwertlinie 84 zu vermeiden, jedoch zu allen Zeit innerhalb einer Insel zu bleiben.To compensate for such additional tolerances, it is preferred to operate the turbochargers further to the right of the center of the efficiency islands 102, 104, 106 and 108 as shown in Figure 3 to avoid touching the peak line 84, but remain within an island at all times.

Eine Verlagerung nach rechts von den Wirkungsgradinseln 102, 104, 106 und 108 gemäß Fig. 3 wird erzielt durch Erhöhen des Massenluftstroms durch den Kompressor 18 der Fig. 1 durch geringfügiges Erhöhen des Winkelbetrags, um den das Bypass-Ventil 40 geöffnet wird, wie dies durch die Bypass-Kurven 112 der Fig. 3 dargestellt ist.A rightward shift of the efficiency islands 102, 104, 106 and 108 of Fig. 3 is achieved by increasing the mass air flow through the compressor 18 of Fig. 1 by slightly increasing the angular amount by which the bypass valve 40 is opened, as shown by the bypass curves 112 of Fig. 3.

Die leichte Erhöhung in dem Massenluftstrom durch die beiden Turbolader kompensiert jegliche Toleranzen, die durch eine Fehlanpassung zwischen den Kompressorrädern und/oder den Turbinenrädern der beiden Turbolader bedingt sind, indem eine sichere Distanz von der Spitzenwertlinie 84 eingehalten wird, jedoch der Betrieb innerhalb der Wirkungsgradinseln gehalten wird. Unter bestimmten Bedingungen führt die Steigerung in dem Luftstrom zu einem Verlust bei dem Kompressorauslaßdruck, wie dies durch die Bypass-Kurven 112 in Fig. 3 veranschaulicht ist.The slight increase in mass airflow through the two turbochargers compensates for any tolerances caused by mismatch between the compressor wheels and/or turbine wheels of the two turbochargers by maintaining a safe distance from the peak line 84, but keeping operation within the efficiency islands. Under certain conditions, the increase in airflow results in a loss in compressor discharge pressure, as illustrated by the bypass curves 112 in Figure 3.

Dieser Druckverlust wird kompensiert durch Reduzieren des Winkelbetrags, über den das Abgas-Bypassventil 44 gemäß Fig. 1 geöffnet wird. Mit anderen Worten, es führt eine Verminderung der Abgasströmung durch das Abgas-Bypassventil 44 zu einer Erhöhung des Kompressorauslaßdrucks, um dadurch den Druckverlust in Verbindung mit einer weiteren Öffnung des Bypass-Ventils 40 zu kompensieren.This pressure loss is compensated by reducing the angle through which the exhaust bypass valve 44 is opened as shown in Fig. 1. In other words, a reduction in the exhaust gas flow through the exhaust bypass valve 44 results in an increase in the compressor outlet pressure to thereby compensate for the pressure loss associated with a further opening of the bypass valve 40.

Ein wichtiges Erfordernis bei Verbrennungsmotoren, die Vergaser aufweisen, besteht in der Aufrechterhaltung einer Druckreserve über der Drossel 38 der Fig. 1. Die Druckreserve läßt sich bestimmen durch Erfassen des Drucks auf beiden Seiten der Drossel 38 sowie Subtrahieren der beiden erfaßten Druckwerte voneinander, um ein P zu bestimmen, das als Druckreserve betrachtet wird. Die Druckreserve P ermöglicht es dem Motor 10, größere Lasten bei konstanter Drehzahl aufzunehmen oder bei konstanter Last beim Öffnen der Drossel 38 ohne Stocken zu beschleunigen, da kein Ansaugkrümmerdruck vorhanden ist.An important requirement in internal combustion engines having carburetors is to maintain a pressure reserve across the throttle 38 of Fig. 1. The pressure reserve can be determined by sensing the pressure on both sides of the throttle 38 and subtracting the two sensed pressures from each other to determine a P which is considered a pressure reserve. The pressure reserve P allows the engine 10 to accommodate larger loads at constant speed or to accelerate at constant load when the throttle 38 is opened without stalling because there is no intake manifold pressure.

Zur Erzielung eines optimalen Motor-Wirkungsgrads ist es jedoch erwünscht, die Drossel 38 in einer offenen Stellung zu halten, um ein Blockieren von Energie in Form eines Luftstroms in den Motor hinein zu vermeiden. Der Betrag der Druckreserve P über der Drossel 38 kann reguliert werden durch Steuern des Betrags des Kompressorauslaßdrucks von dem Kompressor 18. Dies wird bewerkstelligt durch Einstellen des Abgas-Bypassventils 44 zum Regulieren der Menge der Motorabgase durch die Turbine 20, die die Ausgangsleistung des Kompressors 18 steuert.However, to achieve optimum engine efficiency, it is desirable to maintain the throttle 38 in an open position to avoid blocking energy in the form of air flow into the engine. The amount of pressure reserve P across the throttle 38 can be regulated by controlling the amount of compressor discharge pressure from the compressor 18. This is accomplished by adjusting the exhaust bypass valve 44 to regulate the amount of engine exhaust gases through the turbine 20, which controls the output of the compressor 18.

Durch Steuern der Massenluftstromsrate durch den Kompressor 30 kann die Drossel 38 auf einen größeren Winkel geöffnet werden, um dadurch einen höheren Motorwirkungsgrad zu erzielen, indem der in Verbindung mit dem höheren Kompressorauslaßdruck vorhandene Abgas-Gegendruck reduziert wird, jedoch eine ausreichende Druckreserve P aufrechterhalten wird, um zusätzliche Miotorbelastungen ohne Stocken aufzunehmen oder zu beschleunigen. Diese Steigerung des Drosselwinkels reduziert auch Energieverluste über die Drossel, so daß der Motorwirkungsgrad erhöht wird.By controlling the mass air flow rate through the compressor 30, the throttle 38 can be opened to a larger angle to thereby achieve higher engine efficiency by reducing the exhaust back pressure associated with the higher compressor discharge pressure, but a sufficient pressure reserve P is maintained to accommodate or accelerate additional engine loads without stalling. This increase in throttle angle also reduces energy losses through the throttle, thus increasing engine efficiency.

Ein weiteres allgemeines Problem bei Motoren mit Turboladung, das mit der vorliegenden Erfindung überwunden wird, besteht darin, daß die typische nichtlineare Drosselwinkelprofilkurve 114 gemäß Fig. 6, die in kalten Klimazonen am ausgeprägtesten ist, nunmehr linearer ist, wie dies in Form der Kurve 116 dargestellt ist, was zu einer verbesserten Drosselsteuerung führt. Fig. 6 veranschaulicht eine graphische Darstellung des Drosselwinkels gegenüber dem effektiven mittleren Arbeitsdruck BMEP für eine beispielhafte Motordrehzahi von 1.000 min&supmin;¹.Another common problem with turbocharged engines that is overcome by the present invention is that the typical non-linear throttle angle profile curve 114 of Figure 6, which is most pronounced in cold climates, is now more linear as shown by curve 116, resulting in improved throttle control. Figure 6 illustrates a plot of throttle angle versus mean effective pressure BMEP for an exemplary engine speed of 1,000 rpm.

Vor der vorliegenden Erfindung mußte bei Beaufschlagung des Motors mit einer zunehmenden Last von beispielsweise 0 bis 1,45 · 10&sup6; Pa (210 psi) BMEP in der in Fig. 6 gezeigten Weise der Drosselwinkel rasch größer werden, um Turbolader- Verzögerungen zu kompensieren, wobei es sich um eine inhärente Eigenschaft von Motoren mit Turboladung handelt, doch sobald der Turbolader einen ausreichenden Kompressorauslaßdruck erzeugt, muß der Drosselwinkel rasch reduziert werden, so daß ein Umkehrpunkt 118 entsteht, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.Prior to the present invention, as the engine was subjected to increasing loads, such as 0 to 1.45 x 106 Pa (210 psi) BMEP, as shown in Figure 6, the throttle angle had to rapidly increase to compensate for turbocharger lag, an inherent characteristic of turbocharged engines, but once the turbocharger produces sufficient compressor discharge pressure, the throttle angle must rapidly be reduced to create a turning point 118, as shown in Figure 6.

Die raschen Änderungen in dem Drosselwinkel waren erforderlich, um eine konstante Motordrehzahl bei dem steigenden Kompressorauslaßdruck aufrechtzuerhalten. Sobald die Kompressor-Ausgangsleistung ein Plateau erreicht, muß der Drosselwinkel reduziert werden, um den gesteigerten Kompressorauslaßdruck zu kompensieren, bis der Lastanstieg den Anstieg in der Turbolader-Ausgangsleistung übersteigt, wobei an diesem Punkt der Drosselwinkel wieder vergrößert werden muß, um die Motordrehzahl aufrechtzuerhalten.The rapid changes in throttle angle were required to maintain a constant engine speed under increasing compressor discharge pressure. Once the compressor output reaches a plateau, the throttle angle must be reduced to compensate for the increased compressor discharge pressure until the load increase exceeds the increase in turbocharger output, at which point the throttle angle must be increased again to maintain engine speed.

Diese erratische, nichtlineare Drosselwinkelkurve 114 ließ sich jedoch extrem schwierig mit Genauigkeit impiementieren. Der Drosselwinkel wird durch eine Überwachungseinrichtung (nicht gezeigt) gesteuert, und in der Praxis führt eine Kompensation der Turbolader-Ausgangsleistung über den Drosselwinkel zur erratischen Motordrehzahlen und zu Drehzahlspitzen, die ineffizient und unerwünscht sind.However, this erratic, non-linear throttle angle curve 114 has been extremely difficult to implement with accuracy. The throttle angle is controlled by a monitor (not shown) and in practice compensating for turbocharger output via throttle angle results in erratic engine speeds and speed spikes which are inefficient and undesirable.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung bestand in der Erzielung eines stabilen Betriebs durch Erzeugen einer lineareren Kurve des Drosselwinkels gegenüber der Last durch gleichzeitiges Steuern der Funktion des Bypass-Ventils 40, Fig. 1, und des Abgas-Bypassventils 44. Die Drosselwinkelkurve 116 gemäß Fig. 6 ist nun durch Einstellen des Bypass-Ventils 40 der Fig. 1 linearer.An object of the present invention was to achieve stable operation by creating a more linear curve of throttle angle versus load by simultaneously controlling the operation of the bypass valve 40, Fig. 1, and the exhaust bypass valve 44. The throttle angle curve 116 of Fig. 6 is now more linear by adjusting the bypass valve 40 of Fig. 1.

Beispielhafte Bypass-(BP-)Ventilwinkel sind an Testpunkten 120 gemäß Fig. 6 dargestellt - zum Beispiel zum Erzielen einer Drosselwinkelkurve 116 und Ziehen einer Last (BMEP) von 0,87 · 10³ Pa (125 psi), führt ein Bypass-Ventilwinkel von 40º (40º BP) zu einem Drosselwinkel von etwa 42º und bei einer Last von 1,2 · 10³ Pa (175 psi) führt ein Bypass-Ventilwinkel von 30º (30º BP) zu einem Drosselwinkel von etwa 46º. Ein Nebenprodukt der Einstellung des Bypass-Ventils 40 besteht jedoch in einer entsprechenden Änderung in der Druckreserve P über die Drossel 38 der Fig. 1.Example bypass (BP) valve angles are shown at test points 120 of Fig. 6 - for example, to achieve a throttle angle curve 116 and pull a load (BMEP) of 0.87 x 10³ Pa (125 psi), a bypass valve angle of 40º (40º BP) results in a throttle angle of about 42º and at a load of 1.2 x 10³ Pa (175 psi), a bypass valve angle of 30º (30º BP) results in a throttle angle of about 46º. However, a byproduct of adjusting the bypass valve 40 is a corresponding change in the pressure reserve P across the throttle 38 of Fig. 1.

Ein Einstellen des Abgas-Bypassventils 44 in der vorstehend geschilderten Weise führt zu einer angemessenen Druckreserve P, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. An jedem Testpunkt 120 ist der Betrag der Druckreserve P in Inch Quecksilbersäule dargestellt. Bei niedrigeren Motorlastbedingungen sind größere Beträge an Druckreserve 10 erforderlich, um eine zusätzliche Lastaufnahme ohne Stocken zu ermöglichen.Adjusting the exhaust bypass valve 44 in the manner described above results in an adequate pressure reserve P as shown in Fig. 6. At each test point 120, the amount of pressure reserve P is shown in inches of mercury. At lower engine load conditions, larger amounts of pressure reserve 10 are required to allow additional load to be accommodated without stalling.

Ein Öffnen des Abgas-Bypassventils 44 führt zu einer Reduzierung der Druckreserve P. An dem oberen Lastende der Fig. 6 ist eine abnehmende Reserve P bevorzugt, da in diesem Fall der Motor an oder in der Nähe seiner Nennbelastungskapazität ist und wenig zusätzliche Last zulässig wäre und somit eine geringere Druckreserve erforderlich ist, um eine korrekte Motorsteuerung aufrecht zu erhalten, und da eine niedrigere Reserve P einen effizienteren Betrieb schafft, wie dies vorstehend beschrieben worden ist.Opening the exhaust bypass valve 44 results in a reduction in the pressure reserve P. At the upper load end of Figure 6, a decreasing reserve P is preferred because in this case the engine is at or near its rated load capacity and little additional load would be allowed and thus a lower pressure reserve is required to maintain proper engine control and because a lower reserve P provides more efficient operation as described above.

Zum Beispiel ist ein Motor mit einer Nennleistung von 190 psi BMEP, wie dies in Fig. 6 der Fall ist, und einer Druckreserve P von ca. 4 bis 4,7 · 10&sup4; Pa (12 bis 14 Inch Quecksilbersäule) bei 0,87 · 10³ Pa (125 psi) BMEP erforderlich, während 1,7 bis 2,3 · 10&sup4; Pa (5 bis 7 Inch Quecksilbersäule) bei 1,45 · 10&sup6; Pa (210 psi) BMEP ausreichend ist. Ähnliche Resultate lassen sich bei verschiedenen Motordrehzahlen, Umgebungstemperaturen und barometrischen Druckwerten erzielen.For example, an engine rated at 190 psi BMEP, as in Fig. 6, and a pressure reserve P of approximately 4 to 4.7 x 10⁴ Pa (12 to 14 inches of mercury) is required at 0.87 x 10³ Pa (125 psi) BMEP, while 1.7 to 2.3 x 10⁴ Pa (5 to 7 inches of mercury) is sufficient at 1.45 x 10⁴ Pa (210 psi) BMEP. Similar results can be obtained at various engine speeds, ambient temperatures and barometric pressures.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird bei Reduzierung der Motordrehzahl bei konstanter Last (d. h. konstantem Ansaugkrümmerdruck) der Abgas-Bypassventilwinkel vermindert, so daß die Drosselreserve P erhöht wird und mehr Drehmoment von dem Motor bei geringerer Drehzahl als bei früheren, für die Drehzahl unsensiblen Systemen geliefert wird, bei denen es bei niedrigeren Drehzahlen zu einem Verlust an Ansaugkrümmerdruck kam, was zu einer verminderten Drehmoment-Ausgangsleistung führte. Fig. 5 offenbart effiziente Abgas-Bypassventilwinkel für jede spezielle Motordrehzahl, um einen gewünschten Ansaugkrümmerdruck und eine gewünschte Druckreserve P zu erzielen.As shown in Fig. 5, as the engine speed is reduced at constant load (i.e., constant intake manifold pressure), the exhaust bypass valve angle is reduced so that the throttle reserve P is increased and more torque is delivered by the engine at lower speed than previous speed-insensitive systems where there was a loss of intake manifold pressure at lower speeds, resulting in reduced torque output. Fig. 5 discloses efficient exhaust bypass valve angles for each specific engine speed to achieve a desired intake manifold pressure and pressure reserve P.

Es ist zu erkennen, daß im Umfang der beigefügten Ansprüche verschiedene Äquivalente, Alternativen sowie Modifikationen möglich sind.It is to be recognized that various equivalents, alternatives and modifications are possible within the scope of the appended claims.

Claims (25)

1. Elektronisches Turbolader-Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen stationären Motor, das folgendes aufweist;1. Electronic turbocharger control system for an internal combustion engine, in particular for a stationary engine, comprising: - mindestens einen Turbolader (16), der mit dem Motor (10) verbunden ist und eine Turbine (20) und einen Kompressor (18) besitzt;- at least one turbocharger (16) connected to the engine (10) and having a turbine (20) and a compressor (18); - mindestens einen Motorkenngrößen-Monitor (60, 62, 64);- at least one engine parameter monitor (60, 62, 64); - ein Motorkenngrößensignal (54, 56, 58), das von dem Monitor (60, 62, 64) erzeugt wird;- an engine characteristic signal (54, 56, 58) generated by the monitor (60, 62, 64); - eine elektronische Steuerung (48) zum Verarbeiten des Kenngrößensignals;- an electronic control (48) for processing the characteristic signal; - ein Steuersignal (66, 68), das von dem Prozessor (48, 50) in Abhängigkeit von dem Kenngrößensignal (54, 56, 58) erzeugt wird;- a control signal (66, 68) generated by the processor (48, 50) in dependence on the characteristic signal (54, 56, 58); - ein Bypass-Ventil (40), das zwischen den Kompressor (18) und die Turbine (20) geschaltet ist, um die Luftströmung durch den Kompressor (18) in Abhängigkeit von dem Steuersignal (66, 68) zu ändern, und- a bypass valve (40) connected between the compressor (18) and the turbine (20) to change the air flow through the compressor (18) depending on the control signal (66, 68), and - ein Abgas-Bypassventil (44), das zwischen den Motor (10) und die Turbine (20) geschaltet ist, um Motorabgase (46) in Abhängigkeit von dem Steuersignal (66, 68) von der Turbine (20) weg umzuleiten,- an exhaust gas bypass valve (44) connected between the engine (10) and the turbine (20) to divert engine exhaust gases (46) away from the turbine (20) in response to the control signal (66, 68), wobei der Betrieb des Turboladers (16) in einem Diagramm des Kompressorauslaßdrucks über dem barometrischen Druck gegenüber der Turboladerluftströmung graphisch dargestellt ist, wobei das Diagramm Wirkungsgradinseln (102, 104, 106, 108) aufweist und die elektronische Steuerung (48) den Turboladerbetrieb innerhalb der Wirkungsgradinseln (102, 104, 106, 108) aufrechterhält, indem sie das Bypass-Ventil (40) und das Abgas- Bypassventil (44) steuert.wherein the operation of the turbocharger (16) is graphically represented in a diagram of compressor outlet pressure versus barometric pressure versus turbocharger airflow, the diagram comprising efficiency islands (102, 104, 106, 108) and the electronic controller (48) maintains turbocharger operation within the efficiency islands (102, 104, 106, 108) by controlling the bypass valve (40) and the exhaust bypass valve (44). 2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, das ferner ein Bypass-Steuerung-Betätigungsorgan (70) aufweist, um ein Ansprechsignal (78) zu erzeugen, das eine Position des Bypass-Ventils (40) bezeichnet, wobei die elektronische Steuerung (48) das Ansprechsignal (78) empfängt und die Position des Bypass-Ventils (40) überwacht.2. The control system of claim 1, further comprising a bypass control actuator (70) for generating a response signal (78) indicative of a position of the bypass valve (40), wherein the electronic controller (48) receives the response signal (78) and monitors the position of the bypass valve (40). 3. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, das eine Vielzahl von Motorkenngrößen-Monitoren (60, 62, 64) aufweist, um zumindest die Motordrehzahl (62) und den Ansaugkrümmerdruck (60) zu erfassen, und wobei jeder Motorkenngrößen-Monitor (60, 62, 64) in Abhängigkeit von der Erfassung ein Motorkenngrößensignal (54, 56, 58) erzeugt.3. A control system according to claim 1 or 2, comprising a plurality of engine characteristic monitors (60, 62, 64) to to sense at least the engine speed (62) and the intake manifold pressure (60), and wherein each engine characteristic monitor (60, 62, 64) generates an engine characteristic signal (54, 56, 58) in response to the sense. 4. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die elektronische Steuerung (48) einen Speicher (52) aufweist, der mit vorbestimmten Parametern programmiert ist, wobei die elektronische Steuerung (48) einen vorbestimmten Parameter aus dem Speicher (52) auswählt und das Steuersignal (66, 68) auf der Basis der Motorkenngrößensignale (54, 56, 58) erzeugt.4. Control system according to one of claims 1 to 3, wherein the electronic controller (48) has a memory (52) which is programmed with predetermined parameters, the electronic controller (48) selecting a predetermined parameter from the memory (52) and generating the control signal (66, 68) on the basis of the engine characteristic signals (54, 56, 58). 5. Steuerungssystem nach Anspruch 4, wobei der Speicher (52) Sätze von vorbestimmten Parametern aufweist, wobei jeder Satz auf dem barometrischen Druck basiert, und wobei die elektronische Steuerung (48) vorher so programmiert ist, daß sie den richtigen Satz von vorbestimroten Parametern bei einem gegebenen barometrischen Druck auswählt.5. A control system according to claim 4, wherein the memory (52) has sets of predetermined parameters, each set based on barometric pressure, and wherein the electronic controller (48) is pre-programmed to select the correct set of predetermined parameters at a given barometric pressure. 6. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Abgas-Bypassventil (44) zumindest einen Teil der Motorabgase (36) in die Turbine (20) leitet.6. Control system according to one of claims 1 to 5, wherein the exhaust bypass valve (44) directs at least a portion of the engine exhaust gases (36) into the turbine (20). 7. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektronische Steuerung (48) den Motorabgasstrom so steuert, daß er das Führen eines Teils der Motorabgase (36) in die Turbine (20) und das Führen eines Teils der Motorabgase (46) von der Turbine (20) weg umfaßt.7. A control system according to any one of claims 1 to 6, wherein the electronic controller (48) controls the engine exhaust flow to include directing a portion of the engine exhaust (36) into the turbine (20) and directing a portion of the engine exhaust (46) away from the turbine (20). 8. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner ein Abgas-Bypassventil-Steuerungsbetätigungsorgan (74) aufweist, um ein Ansprechsignal (80) zu erzeugen, das eine Position des Abgas-Bypassventils (44) bezeichnet, wobei die elektronische Steuerung (48) das Ansprechsignal (80) empfängt und die Position des Abgas-Bypassventils (44) überwacht.8. The control system of any one of claims 1 to 7, further comprising an exhaust bypass valve control actuator (74) for generating a response signal (80) indicative of a position of the exhaust bypass valve (44), the electronic controller (48) receiving the response signal (80) and monitoring the position of the exhaust bypass valve (44). 9. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der oder ein Motorkenngrößen-Monitor (62) die Motordrehzahl erfaßt.9. Control system according to one of claims 1 to 8, wherein the or an engine characteristic monitor (62) detects the engine speed. 10. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der oder ein Motorkenngrößen-Monitor (60) die Motorlast bestimmt.10. Control system according to one of claims 1 to 9, wherein the or an engine characteristic monitor (60) determines the engine load. 11. Steuerungssystem nach Anspruch 10, wobei der oder ein Motorkenngrößen-Monitor (60) den Druck im Ansaugkrümmer erfaßt, um die Motorlast zu bestimmen.11. Control system according to claim 10, wherein the or an engine characteristic monitor (60) senses the pressure in the intake manifold to determine the engine load. 12. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der oder ein Motorkenngrößen-Monitor (64) die Umgebungstemperatur erfaßt.12. Control system according to one of claims 1 to 11, wherein the or an engine characteristic monitor (64) detects the ambient temperature. 13. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das ferner einen Drucksensor (100) für den barometrischen Druck aufweist und wobei die elektronische Steuerung (48) auf einen Motordrehzahlsensor (62), einen Motoransaugkrümmer-Drucksensor (60) und den Drucksensor (100) für den barometrischen Druck anspricht, um das Bypass-Ventil (40) und das Abgas-Bypassventil (44) zu steuern.13. The control system of any one of claims 1 to 12, further comprising a barometric pressure sensor (100) and wherein the electronic controller (48) is responsive to an engine speed sensor (62), an engine intake manifold pressure sensor (60) and the barometric pressure sensor (100) to control the bypass valve (40) and the exhaust bypass valve (44). 14. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das ferner eine Motoransaugdrossel (38) aufweist, die zwischen dem Kompressor (18) und dem Motor (10) angeordnet ist und einen Drosselwinkel hat, um die Motoransaugluft variabel zu steuern, wobei der Drosselwinkel gegenüber der Motorlast graphisch dargestellt werden kann, und wobei die elektronische Steuerung (48) mit sich ändernder Motorlast einen im wesentlichen linearen Graphen der Drosselwinkeländerung ermöglicht, indem sie das Bypass-Ventil (40) und das Abgas-Bypassventil (44) steuert.14. The control system of any of claims 1 to 13, further comprising an engine intake throttle (38) disposed between the compressor (18) and the engine (10) and having a throttle angle to variably control the engine intake air, wherein the throttle angle can be graphed against engine load, and wherein the electronic controller (48) enables a substantially linear graph of throttle angle change with changing engine load by controlling the bypass valve (40) and the exhaust bypass valve (44). 15. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die elektronische Steuerung (48) einen Prozessor (50) und einen Speicher (52) aufweist, wobei der Speicher (52) mit vorbestimmten Para metern programmiert ist, und wobei der Prozessor (50) einen vorbestimmten Parameter aus dem Speicher (52) auswählt, um das Bypass-Ventil (40) und das Abgas-Bypassventil (44) in Kombination zu steuern.15. Control system according to one of claims 1 to 14, wherein the electronic control (48) comprises a processor (50) and a memory (52), wherein the memory (52) is provided with predetermined parameters meters, and wherein the processor (50) selects a predetermined parameter from the memory (52) to control the bypass valve (40) and the exhaust bypass valve (44) in combination. 16. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Turbolader (16) einen bevorzugten Betriebsbereich hat, der auf der Motordrehzahl (56), dem barometrischen Druck und dem Ansaugkrümmerdruck (54) basiert.16. A control system according to any one of claims 1 to 15, wherein the turbocharger (16) has a preferred operating range based on the engine speed (56), the barometric pressure and the intake manifold pressure (54). 17. Steuerungssystem nach Anspruch 16, wobei die elektronische Steuerung (48) den Betrieb des Turboladers (16) innerhalb des bevorzugten Betriebsbereichs aufrechterhält, indem sie das Bypass-Ventil (40) und das Abgas-Bypassventil (44) variabel einstellt.17. The control system of claim 16, wherein the electronic controller (48) maintains operation of the turbocharger (16) within the preferred operating range by variably adjusting the bypass valve (40) and the exhaust bypass valve (44). 18. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, das ferner folgendes aufweist: einen Bypass-Kanal (42), in dem sich das Bypass-Ventil (40) und eine Öffnung (43) befinden, und einen Abgas- Bypassventilkanal (45), in dem sich das Abgas-Bypassventil (44) und eine Öffnung (41) befinden.18. Control system according to one of claims 1 to 17, further comprising: a bypass channel (42) in which the bypass valve (40) and an opening (43) are located, and an exhaust bypass valve channel (45) in which the exhaust bypass valve (44) and an opening (41) are located. 19. Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Turboladers (16) an einem Verbrennungsmotor (10), insbesondere einem stationären Motor, welches das System gemäß Anspruch 1 verwendet, das die folgenden Schritte aufweist:19. Method for controlling the operation of a turbocharger (16) on an internal combustion engine (10), in particular a stationary engine, which uses the system according to claim 1, comprising the following steps: - Erhalten des barometrischen Drucks (82, 100)- Obtaining barometric pressure (82, 100) - Erhalten des Ansaugkrümmerdrucks (54, 60);- Obtaining the intake manifold pressure (54, 60); - Erhalten der Motordrehzahl (56, 62);- Maintaining the engine speed (56, 62); - Bestimmen einer bevorzugten Ausgangsleistung des Turboladers (16) auf der Basis des Ansaugkrümmerdrucks (54, 60), der Motordrehzahl (54, 60) und des barometrischen Drucks (82, 100);- determining a preferred output power of the turbocharger (16) based on the intake manifold pressure (54, 60), the engine speed (54, 60) and the barometric pressure (82, 100); - Regulieren der Ausgangsleistung des Turboladers (16) in Abhängigkeit von der bevorzugten Turbolader-Ausgangsleistung und- Regulating the output power of the turbocharger (16) depending on the preferred turbocharger output power and - Regulieren der Motorabgase (36) zu dem Turbolader (16) in Abhängigkeit von der bevorzugten Turbolader-Ausgangsieistung,- Regulating the engine exhaust gases (36) to the turbocharger (16) depending on the preferred turbocharger output power, wobei der Betrieb des Turboladers (16) in einem Diagramm des Kompressorauslaßdrucks über dem barometrischen Druck gegenüber der Turboladerl Liftströmung graphisch dargestellt ist, wobei das Diagramm Wirkungsgradinsein (102, 104, 106, 108) aufweist, und die elektronische Steuerung (48) den Turboladerbetrieb innerhalb der Wirkungsgradinseln (102, 104, 106, 108) aufrechterhält, indem sie das Bypass-Ventil (40) und das Abgas- Bypassventil (44) steuert.wherein the operation of the turbocharger (16) is graphically represented in a diagram of compressor discharge pressure versus barometric pressure versus turbocharger lift flow, the diagram comprising efficiency islands (102, 104, 106, 108), and the electronic controller (48) maintains turbocharger operation within the efficiency islands (102, 104, 106, 108) by controlling the bypass valve (40) and the exhaust bypass valve (44). 20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Regulierens der Ausgangsleistung des Turboladers (16) ferner so vorgegeben ist, daß er das Ableiten der Ausgangsleistung des Turboladers (16) von dem Motor (10) weg in Abhängigkeit von der bevorzugten Turbolader-Ausgangsleistung umfaßt.20. The method of claim 19, wherein the step of regulating the output of the turbocharger (16) is further specified to include diverting the output of the turbocharger (16) away from the engine (10) in dependence on the preferred turbocharger output. 21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt des Regulierens der Motorabgase (36) ferner so vorgegeben ist, daß er das Ableiten der Motorabgase (46) von der Turbine (20) des Turboladers (16) weg in Abhängigkeit von der bevorzugten Ausgangsleistung des Turboladers (16) aufweist.21. The method of claim 20, wherein the step of regulating the engine exhaust gases (36) is further specified to comprise diverting the engine exhaust gases (46) away from the turbine (20) of the turbocharger (16) in dependence on the preferred output power of the turbocharger (16). 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, das ferner den Schritt des Erhaltens der Umgebungstemperatur (58, 64) aufweist und wobei der Schritt des Bestimmens einer bevorzugten Ausgangsleistung des Turboladers (16) auch auf der Umgebungstemperatur (58, 64) basiert.22. The method of any of claims 19 to 21, further comprising the step of obtaining the ambient temperature (58, 64) and wherein the step of determining a preferred output power of the turbocharger (16) is also based on the ambient temperature (58, 64). 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, das ferner folgendes aufweist: den Schritt des Anpassens eines bestimmten Turboladers (16) derart, daß er innerhalb eines bevorzugten Betriebsbereichs für eine Vielzahl von Motoranwendungen auf der Basis des Ansaugkrümmerdrucks (54, 60), der Motordrehzahl (56, 62) und des barometrischen Drucks (82, 100) arbeitet.23. The method of any of claims 19 to 22, further comprising: the step of adjusting a particular turbocharger (16) to operate within a preferred operating range for a variety of engine applications based on intake manifold pressure (54, 60), engine speed (56, 62) and barometric pressure (82, 100). 24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, das ferner folgendes aufweist: den Schritt des Anpassens eines bestimmten Abgas-Bypassventils (44) und Bypass-Ventils (40) an einen Motor (10) und einen Turbolader (16) auf der Basis der Größe einer Öffnung (41, 43) in einem Kanal (42, 45), der mit dem Abgas-Bypassventil (44) und dem Bypass-Ventil (40) verbunden ist.24. A method according to any one of claims 19 to 23, further comprising: the step of adapting a particular Exhaust bypass valve (44) and bypass valve (40) to an engine (10) and a turbocharger (16) based on the size of an opening (41, 43) in a channel (42, 45) connected to the exhaust bypass valve (44) and the bypass valve (40). 25. Stationärer Verbrennungsmotor, der ein Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.25. Stationary internal combustion engine having a control system according to one of claims 1 to 18.
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